智慧机坪运行管理新技术应用与展望

王小康 潘光绪 舒孟辉

摘  要：机坪运行管理是机场运行效率的重要影响因素，直接影响着机场运行安全、运行效率和运行成本。随着机场旅客吞吐量、货邮吞吐量的不断攀升和机场的不断扩建，传统的发展路线已经不能满足“四型机场”建设和“数字化转型”的发展要求。在行业大力推进智慧机场建设背景下，少人无人化技术、智能视频技术、低碳节能技术和数字孪生等新兴技术引起广泛关注，成为机场建设中的重要内容和持续研究的重点领域，也是提升机坪管理效能行之有效的方法之一，正重塑着民航业的形态、模式和格局。

关键词：机坪运行；少人无人化；智能视频；低碳节能；数字孪生

中图分类号：V351      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）06-0164-04

Abstract： Apron operation management is an important factor affecting airport operation efficiency， which directly affects airport operation safety， operation efficiency and operation cost. With the continuous rise of airport passenger throughput， cargo and mail throughput and the continuous expansion of the airport， the traditional development route can no longer meet the development requirements of "four-type airport" construction and "digital transformation". In the context of the industry vigorously promoting the construction of smart airports， emerging technologies such as unmanned technology， intelligent video technology， low-carbon energy-saving technology and digital twins have attracted widespread attention， which have become important contents of airport construction and key areas of continuous research. This practice is also one of the effective ways to improve the efficiency of apron management， thereby used for reshaping the shape， mode and pattern of the civil aviation industry.

Keywords： apron operation; unmanned; intelligent video; low-carbon energy saving; digital twins

自机坪运行管制从空管移交以来，机场的机坪运行管理部门在减少航空器滑行冲突、缩短滑行等待时间、提高廊桥使用率和改善航班正常放行率等方面发挥了重要作用。

但随着机场旅客吞吐量、货邮吞吐量的不断攀升和机场的不断扩建，传统的发展路线已经不能满足“四型机场”建设和“数字化转型”的发展要求。自2018年以来，民航局先后发布《机场新技术名录指南》《中国民航四型机场建设行动纲要（2020—2035年）》《智慧民航建设路线图》等一系列政策法规鼓励和支持新技术在机场应用，民用航空业涌现出许多用于机坪运行的新技术、新装备和新模式，辅助机场由要素投入驱动向创新驱动转变，实现平安、绿色、智慧和人文的“四型机场”。

1  机坪运行管理现状

机坪运行管理主要包括航空器地面运行、机坪车辆、人员和机坪监管等内容，目标是保障旅客、航班、货物的安全高效流动，保障飞行区场面运行、设施管养、地勤服务、应急救援和能源保障等业务的有序运行。

目前，智能视频、无人驾驶、新能源等新技术在机坪运行管理中的应用差异较大，机坪安全隐患仍比较突出。据《国际航协发布2022年全球航空运输安全报告》统计，从2018年至2022年全球航空事故中地面损伤占9%排名第四。2022年共有3起事件导致地面人员死亡，其中2起涉及地面车辆在活动跑道上与飞机相撞。事故发生不仅导致高额维修费，还会导致航班延误或取消、机场旅客滞留等，影响民航服务质量。

其次，机坪作业过程中存在大量的不规范行为，如机坪车辆超速、逆行、乱停乱放等。虽然大多没有造成经济损失，但直接影响着机场的持续安全运行。特别是在航班高峰时段，存在较大安全隐患，需要采用技术手段加强过程监督管理。

第三，国内大量机场在生产运营的同时存在不停航施工、改扩建、维护维修等工程施工，其中非民航从业人员较多，需要对施工人员、车辆、工具物料的申报、進场、离场和施工现场等重点监督和管控，增加了机坪运行的管理复杂度和难度。

2  机坪运行关键技术应用

机坪运行管理存在的普遍问题直接影响着机场的运行安全、运行效率和运行成本，如何保障机坪安全和高效运行，也成为机场和民航行业的重要研究内容之一。

2018年，民航局印发《机场新技术名录指南》，将新技术细分为运行安全、运行效率、便捷服务等类别，列入27种面向行业推广的新技术，并制定了相应的推广应用管理办法，推动科技创新成果转换。

到目前为止，由于行业的需求、局方的重视和机场的持续投入，站坪运行新技术得到快速发展。其中，少人无人化技术、智能视频技术、低碳节能技术和数字孪生技术引起广泛关注，成为机场建设中重点关注的内容。

2.1  少人无人化技术

少人化源自精益生产思想，原指在不降低生产效率的前提下，根据生产量对作业人员弹性调整以节省人员投入。在机坪运行中，一般指通过先进的技术装备实现人工替代，实现少人化无人化的目的，如旅客接驳、货物转运、围界巡检和登机桥靠接等机坪业务场景。

实现少人无人化的核心技术是无人驾驶设备及对应的技术。现阶段对无人驾驶的研究机构较多。截至2020年3月，我国有近70家企业总计申请无人驾驶测试牌照接近400张。国内洛阳钼业、包头白云铁矿等大型矿场已小批量试用自动驾驶矿卡。2021年，民航局发布《机场无人驾驶设备应用路线图（2021—2025年）》鼓励机场增加无人驾驶设备投入。2022年，民航局发布的《智慧民航建设路线图》明确提出，到2025年完成无人驾驶设备在飞行区运行试点验证，实现至少5种类型无人驾驶设备在若干特定场景下的常态化应用。

目前，无人驾驶技术已在多个机场得到了实际应用，如机场围界巡查、行李迁引、跑道异物自动探测及清理和登机桥靠桥等场景。香港机场、广州机场、天府机场率先在无人驾驶货运、无人驾驶登机桥作业中开展了应用探索，对减少作业人员数量和降低作业负荷有明显效果。随着无人驾驶技术的发展，应用成本和效益正不断提高。机场可以根据作业要求和场景特点，从风险较低、远离航空器的场景开始，优先选择恶劣环境、枯燥驾驶、固定线路等场景进行测试和应用（表1），逐步扩大无人驾驶技术使用。

2.2  智能视频技术

智能视频技术是由计算机图像视觉分析发展而来的人工智能技术，通过模式识别、机器视觉、人工智能等技术分析和理解视频画面中的内容，如目标识别、目标跟踪、行为理解等。目前已经在跑道外来物识别、作业节点采集、行为监管等方面得到广泛应用（表2）。

在跑道安全管理中，通过智能视频技术对金属、石块、橡胶块、动物尸体和树枝等外来物进行自动识别和定位。在航空器起降过程中，通过“鹰眼”摄像机自动跟踪和识别航空器起飞或降落姿势、起落架状态、滑行状态等，为塔台指挥员提供智能辅助提示。在机坪运行管理中，通过摄像机对航空器入离位、靠桥、保障车辆靠接等保障节点自动采集，有效减轻监察人员工作压力，实现飞行区作业保障流程的智能监测。同时，能对违规行为智能识别，如反光锥桶撤离规范识别、送机人员监护站位规范识别等，对作业人员起到重要警示作用，明显降低机坪违规事件的发生。

目前的顾虑主要是基础投资较高，中小机场很难大规模应用。其次，在算法模型方面技术专业性强，算法水平参差不齐，各厂家也无法做到客观推广等，因此导致机场很难在不同技术路线之间准确选择，建设效果也很难准确评估。

相比其他技术，智能视频技术仍是机场建设的基础核心技术。随着硬件的发展和总体技术水平的提高，建设成本和效果将进一步提升。

2.3  低碳节能技术

《“十四五”民用航空发展规划》中将碳达峰、碳中和纳入民航高质量发展整体布局，并首次设置了绿色发展专篇，聚焦于推进民航节能、减污、降碳协同治理。《2022年民航行业发展统计公报》显示，中国民航吨公里油耗为0.302公斤，较2005年下降11.4%，机场平均每客能耗和每客二氧化碳排放分别较基线（2013—2015均值）上升26.1%和下降21.6%。

在机场的节能减排中，机坪车辆是能否取胜的关键因素之一。2021年，国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划 （2021—2035年）》鼓励机场“油改电”和新能源汽车的推广使用。截至2022年，机场场内电动车辆设备1.2万台，电动车辆占比仅24%，仍有很大提升空间。

除资金投入因素外，困扰新能源车辆应用的主要因素在动力电池选择和后期使用维护方面。动力电池的选择是机场面临的首要问题。目前，动力电池主要分为磷酸铁锂、三元锂、钛酸锂和钠离子，主要研发厂家有比亚迪、宁德时代、格力钛等。其次，影响新能源车辆投入的还有补贴标准（125 Wh/kg）比较低、电池之间存在隐形排斥、后期使用很难自检自修等因素。但随着电池技术提升和标准的统一，这些问题将得到解决，越来越多的新能源汽车将替代燃油车。

此外，氢能源作为一种来源丰富、绿色低碳的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。2022年，国家发展改革委和国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》加速推进我国能源清洁低碳转型。在不久的未来，随着技术的突破和完善，氢能必定成为一种更好的能源支撑机坪运行。

2.4  数字孪生技术

数字孪生技术最早由美国国家航空航天局使用，用于对空间飞行器进行仿真分析、检测和预测，辅助地面管控人员决策。后来应用于产品设计、医学分析、工程建设、智能制造等领域，已被华为、特斯拉、GE等多家公司确定为下一代核心基础设施。

在机场建设领域，主要以“数字孪生机场”为载体进行建设和应用。数字孪生机场是在实体机场的建设背景下，同步建设一座数字孪生机场，结合机场运行数据以及历史数据来反映真实机场的全生命周期过程。借助三维渲染平臺，呈现具备“真实感”的虚拟机场，通过构建各孪生对象的业务关系，实现业务流程的快速推演，使数字孪生机场具备先知先觉的特性，再反馈给真实机场实现信息交互。

目前，国内多个机场已设立数字孪生机场项目，探索和挖掘数字孪生技术在机场运行决策层面的应用场景和应用价值。

3  运行模式的创新

随着机场吞吐量攀升、规模扩大和从业人员的增加，机坪业务的本质发生了一定变化，激发出创新的运行模式，如共享模式、服务外包模式和云服务模式等。

共享模式主要针对机坪设施、设备的运行管理，如维修工作梯、轮挡小车、飞机牵引杆等无动力设备。通过采用智能锁实现设备的定位、借用和归还，可以提升无动力设备使用率，避免设备杂乱停放和堆积浪费。通过打通无动力设备管理流程，实现机场、航司和平台方的信息壁垒，实现无动力设备使用、结算和运维的共享联营。节约了各方的投资成本，改善了机场无动力设备的管理现状。

服务外包在机场业务中较为普遍，如跑道检测、生态调研、运维管理和安全测评等。随着无人驾驶技术的发展，密集型人力作业、固定线路的货物转运场景开始由无人驾驶装备生产企业承接，并实现了实地探索和验证，累计外包服务里程超过200万公里。为机场节约了投资成本，为企业带来了服务收入。

随着云技术的发展，云服务在机场公共区、航站区的各项业务中得到广泛应用，在机坪运行中，行业大数据共享和系统灾备服务有较大进步。目前已有100余家民航单位共同参与运行关键数据的共享与应用，同时，还能更好挖掘民航数据价值，真正把数据管起来、用起来。而云灾备服务能大大降低机场初始投入，是一种高投资回报率的灾备建设方案。此外，在云安全防护、云监管、微应用等方面也将逐步满足机场安全要求，实现更多的推广应用。

4  技术发展展望

随着民航的蓬勃发展，机场的职能或将从目前的经营型向管理型转变，更多的专业服务廠家将进入民航专业的服务领域，机坪运行管理的部分业务也将发生重大变革。

核心新技术方面，机场将逐步转变为更专业的运行管理团队，而飞行区内各类设备间的少人无人协同作业、节能降耗、智能风险识别与决策将作为机坪运行持续研究的重点领域。通过应用新技术提升管理效能将是最行之有效的方法之一。因此，推进无人驾驶设备、智能作业装备、智能视频技术和低碳节能等新兴技术的应用是未来发展的趋势。同时，通过技术的创新带动运营模式创新，为民航产业链的进一步发展提供土壤，从而逐步形成智慧化的民航生态圈。

另一方面，行业技术的发展和变革也将不断丰富和完善民航标准体系，培养出更专业的技术人才，提升机场总体运行管理能力的同时，促进我国民航产业结构走向成熟，推动航空产业链整体“走出去”，为国际民航提供新技术、新装备和新标准。

5  结束语

本文分析了智慧机坪运行管理的现状、广泛关注的新兴技术和未来的研究趋势。综合考虑民航局发布的政策法规、机场布局规划和企业投入等资料数据，了解了少人（无人）化技术、智能视频技术、低碳节能技术和数字孪生技术等新兴技术是目前民航的重点研究领域，也是未来的重点研究方向。以新兴技术融合应用为主要特征的智慧民航建设，正全方位重塑民航业的形态、模式和格局。但技术、装备、规范等方面的不足仍制约着研究成果在机场中的应用和推广，仍需从事相关研究的机构和企业不断创新、不断完善和不断提升。只有立足实际业务场景，聚焦痛点问题，着力核心技术研究，才能推进智慧民航的服务链、创新链和产业链建设，促进民航整体智慧化水平提升，才能更好地服务于新时代背景下的国家航空战略。

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